Was ist Hochspannungsschaltanlage?

Was ist Hochspannungsschaltanlage?

Definition der Hochspannungsschaltanlage

Hochspannungsschaltanlagen sind Geräte, die Spannungen über 36 kV verwalten, um eine sichere und effiziente Stromverteilung zu gewährleisten.

Hauptkomponenten

Hochspannungssicherungsautomaten, wie Luftdurchfluss-, Öl-, SF6- und Vakuumsicherungsautomaten, sind unerlässlich, um Hochspannungsströme zu unterbrechen.

Wesentliche Merkmale von Hochspannungssicherungsautomaten

Die wesentlichen Merkmale, die in Hochspannungssicherungsautomaten bereitgestellt werden müssen, um eine sichere und zuverlässige Betriebsweise sicherzustellen, müssen es ermöglichen, diese sicher zu betreiben, bei:

• Endfehlern.

• Kurzstreckenfehlern.

• Magnetisierstrom von Transformator oder Reaktoren.

• Energiespeisung langer Übertragungsleitungen.

• Ladung von Kondensatorenbanken.

• Schalten außerphasiger Folge.

Luftdurchflusssicherungsautomat

In diesem Design wird ein Stoß hochdruckverdichteter Luft verwendet, um den Bogen zwischen zwei trennenden Kontakten zu erlöschen, wenn die Ionisation des Bogenstrahls am geringsten ist, wenn der Strom Null ist.

Ölsicherungsautomat

Dieser wird weiter klassifiziert als Massenöl-Sicherungsautomat (BOCB) und Mindestöl-Sicherungsautomat (MOCB). Bei BOCB befindet sich die Unterbrechungseinheit in einem Erdpotential-Ol-Tank. Hier wird Öl sowohl als Isolier- als auch als Unterbrechungsmedium verwendet. Bei MOCB hingegen kann der Bedarf an Isolieröl durch das Platzieren der Unterbrechungseinheiten in einer Isolierkammer mit Leistungspotential auf einem Isolator-Ständer minimiert werden.

SF6-Sicherungsautomat

SF6-Gas wird häufig als Bogenlöschmittel in Hochspannungsanwendungen verwendet. Schwefelhexafluoridgas hat ausgezeichnete elektronegative Eigenschaften, sowie hervorragende Isolier- und Bogenlösch-Eigenschaften. Diese Eigenschaften ermöglichen es, Hochspannungssicherungsautomaten mit kleineren Abmessungen und kürzeren Kontaktabständen zu konstruieren. Seine überlegene Isolierfähigkeit unterstützt auch die Konstruktion von Innenraum-Schaltanlagen für Hochspannungssysteme.

Vakuumsicherungsautomat

Im Vakuum gibt es keine weitere Ionisation zwischen zwei getrennten stromführenden Kontakten, nachdem der Strom Null ist. Der anfängliche Bogen stirbt ab, sobald der nächste Nullübergang erreicht wird, da es keine Möglichkeit zur weiteren Ionisation gibt, sobald der Strom sein erstes Null überschritten hat. Obwohl die Bogenlöschmethode im VCB sehr schnell ist, ist sie bislang keine geeignete Lösung für Hochspannungsschaltanlagen, da VCBs für sehr hohe Spannungen überhaupt nicht wirtschaftlich sind.

Arten von Schaltanlagen

• Gasgefüllte Innenschaltanlage (GIS),

• Luftgefüllte Außenschaltanlage.

Störungsmanagement

Im Allgemeinen ist die an das Stromsystem angeschlossene Last induktiver Natur. Aufgrund dieser Induktivität besteht, wenn der Kurzschlussstrom gerade durch einen Sicherungsautomat unterbrochen wird, die Möglichkeit eines hohen Wiederentzündungsspannung von Hochfrequenzoszillationen in der Größenordnung von einigen Hundert Hz. Diese Spannung besteht aus zwei Teilen:

Transienter Wiederherstellungsspannung mit Hochfrequenzoszillation unmittelbar nach dem Bogenauslöschen.Nach dem Abklingen dieser Hochfrequenzoszillation erscheint die Netzfrequenz-Wiederherstellungsspannung zwischen den Kontakten des Sicherungsautomats.

Transiente Wiederherstellungsspannung

Unmittelbar nach dem Bogenauslöschen tritt eine transiente Wiederherstellungsspannung mit Hochfrequenz zwischen den Kontakten des Sicherungsautomats auf. Diese transiente Wiederherstellungsspannung nähert sich letztendlich der Offenkreisspannung. Diese Wiederherstellungsspannung kann dargestellt werden als:

Die Frequenz der Oszillation wird durch die Schaltungsparameter L und C bestimmt. Der in der Stromschaltung vorhandene Widerstand dämpft diese transiente Spannung. Die transiente Wiederherstellungsspannung hat nicht eine einzige Frequenz, sondern ist eine Kombination vieler verschiedener Frequenzen aufgrund der Komplexität des Stromnetzes.

Netzfrequenz-Wiederherstellungsspannung

Dies ist nichts anderes als die Offenkreisspannung, die zwischen den Kontakten des Sicherungsautomats erscheint, unmittelbar nachdem die transiente Wiederherstellungsspannung gedämpft wurde. Im Dreiphasensystem unterscheidet sich die Netzfrequenz-Wiederherstellungsspannung in verschiedenen Phasen. Sie ist am höchsten in der ersten Phase.

Wenn das Netzneutral nicht geerdet ist, beträgt die Spannung zwischen dem ersten Pol, der freigeschaltet wird, 1,5U, wobei U die Phasenspannung ist. In einem geerdeten Neutralsystem beträgt sie 1,3U. Durch die Verwendung eines Dämpfungswiderstands kann die Größe und die Steigerungsrate der transienten Wiederherstellungsspannung begrenzt werden.

Die dielektrische Erholung des Bogenlöschmediums und die Steigerungsrate der transienten Wiederherstellungsspannung haben großen Einfluss auf die Leistung des Sicherungsautomats, der in Hochspannungsschaltanlagen verwendet wird. Im Luftdurchflusssicherungsautomat wird ionisierte Luft sehr langsam deionisiert, sodass Luft lange Zeit braucht, um ihre dielektrische Festigkeit wiederherzustellen.

Deshalb ist es vorteilhaft, einen Niederwert-Widerstand zu verwenden, um die Steigerungsrate der Wiederherstellungsspannung zu verlangsamen. Andererseits ist der ABCB weniger empfindlich gegenüber der initialen Wiederherstellungsspannung aufgrund der hohen Bogenspannung. Das Unterbrechungsmedium (SF6) im SF6-Sicherungsautomat hat eine schnellere Rate der Wiederherstellung der dielektrischen Festigkeit als Luft. Eine niedrigere Bogenspannung macht den SF6-Sicherungsautomat sensibler gegenüber der initialen Wiederherstellungsspannung.

Bei Ölsicherungsautomaten stellt druckluftgefördertes Wasserstoffgas (das während der Rekombination des Öls durch die Bogenhitze entsteht) sofort nach dem Stromnullpunkt eine schnelle Wiederherstellung der dielektrischen Festigkeit sicher. Daher ist der Ölsicherungsautomat empfindlicher gegenüber der Steigerungsrate der Wiederherstellungsspannung. Er ist auch empfindlicher gegenüber der initialen transienten Wiederherstellungsspannung.

Kurzstreckenfehler

Ein Kurzstreckenfehler im Übertragungsnetz wird definiert als Kurzschlussfehler, der innerhalb von 5 km der Leitungslänge auftritt. Doppelte Frequenz wirkt auf den Sicherungsautomat und der Unterschied zwischen Quellen- und Leitungsseitiger transitorer Wiederherstellungsspannung, beide Spannungen beginnen mit den Momentanwerten vor dem Unterbrechen des Sicherungsautomats.

Auf der Versorgungsseite wird die Spannung mit der Versorgungsfrequenz oszillieren und letztendlich die Offenkreisspannung erreichen. Auf der Leitungseite, nach dem Unterbrechen, bewegen sich eingesperrte Ladungen als Anfangswellen durch die Übertragungsleitung. Da es keine Antriebsspannung auf der Antriebsseite gibt, wird die Spannung letztendlich aufgrund der Leitungsverluste Null.